專利名稱：一種無(wú)鐵心永磁盤式電機(jī)定子及其裝配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種盤式電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種適用于無(wú)鐵心永磁盤式電機(jī)的模塊化定子繞組盤結(jié)構(gòu)及其裝配方法。
背景技術(shù)：
永磁盤式電機(jī)的外形呈扁平狀，主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，通常定子是繞組盤，轉(zhuǎn)子是粘有多塊按N、S極性交替排列的永磁體盤。定子和轉(zhuǎn)子分別是若干個(gè)圓環(huán)形的盤狀結(jié)構(gòu)，定子盤和轉(zhuǎn)子盤垂直于電機(jī)軸放置，安裝時(shí)定子繞組盤和轉(zhuǎn)子磁鋼盤交替安裝在轉(zhuǎn)軸上。盤式電機(jī)的繞組經(jīng)過(guò)繞組元件成形及盤型繞組絕緣材料灌注成形，形成整個(gè)圓環(huán)形的定子繞組盤。永磁盤式電機(jī)由于使用了永磁材料而無(wú)勵(lì)磁損耗，定子沒(méi)有鐵心，因此沒(méi)有鐵損耗。且定轉(zhuǎn)子盤平行排列，使得電機(jī)效率高，但盤式電機(jī)的制作工藝比較復(fù)雜，要求較高，特別是定子繞組盤的加工較為關(guān)鍵。盤式電機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高、效率高，具有優(yōu)越的動(dòng)態(tài)性能，使得這種特殊結(jié)構(gòu)的電機(jī)成為一種理想的驅(qū)動(dòng)裝置，用于對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能有較高要求的場(chǎng)合，特別地，盤式永磁同步電機(jī)作為大力矩直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)和現(xiàn)代高性能伺服電機(jī)在機(jī)器人等相關(guān)機(jī)電一體化領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的使用，并已經(jīng)開(kāi)始逐步取代傳統(tǒng)的伺服電機(jī)產(chǎn)品。近年來(lái)，隨著稀土永磁材料的發(fā)展，盤式電機(jī)有了更大的發(fā)展空間，也得到了業(yè)界越來(lái)越多的重視。如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)鐵心永磁盤式電機(jī)一般是將多個(gè)線圈以適當(dāng)?shù)姆绞街瞥烧麄€(gè)定子繞組盤。繞組的繞制有不同的方法，在這里都適用，一般采用常見(jiàn)的疊繞組或波繞組聯(lián)接方式。電樞繞組的有效導(dǎo)體在空間沿徑向呈輻射狀分布。對(duì)采用無(wú)鐵心結(jié)構(gòu)的定子，把線圈封裝在絕緣材料內(nèi)，壓成盤狀，構(gòu)成無(wú)鐵心定子繞組盤，絕緣材料可用含聚脂玻璃纖維塑料或酚醛塑料等。多盤式結(jié)構(gòu)的永磁盤式電機(jī)，由多個(gè)轉(zhuǎn)子與多個(gè)定子沿電機(jī)軸向交替排列而形成多氣隙的結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步提高電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率，特別適合于大力矩直接傳動(dòng)裝置。多盤式結(jié)構(gòu)的永磁盤式電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是基于永磁盤式單元電機(jī)的，以兩個(gè)中間定子結(jié)構(gòu)的單兀電機(jī)構(gòu)成的多氣隙永磁盤式電機(jī)為例來(lái)說(shuō)明，一般將兩個(gè)單兀盤式電機(jī)通過(guò)簡(jiǎn)單拼裝直接構(gòu)成的多盤式電機(jī)優(yōu)化為三轉(zhuǎn)子雙定子的盤式電機(jī)結(jié)構(gòu)，將外側(cè)的兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁鋼盤分別平行固定在兩側(cè)的轉(zhuǎn)子外殼上，另外一個(gè)轉(zhuǎn)子磁鋼盤與外側(cè)兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁鋼盤等距固定在中間轉(zhuǎn)軸上，形成兩個(gè)氣隙，兩個(gè)定子繞組盤放置在兩個(gè)氣隙中，這種結(jié)構(gòu)比由兩個(gè)單元盤式電機(jī)直接構(gòu)成的多盤式電機(jī)減少了一個(gè)磁鋼盤，減輕了電機(jī)重量，但是多盤式結(jié)構(gòu)的永磁盤式電機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工工藝也復(fù)雜得多。盤式電機(jī)定子繞組盤的制造和安裝比較困難，這一點(diǎn)在多盤結(jié)構(gòu)的盤式電機(jī)上體現(xiàn)的更為明顯，多盤式電機(jī)的定子盤必須與轉(zhuǎn)子盤交替安裝，這就造成了定轉(zhuǎn)子盤的安裝和拆卸必須按照一定的順序進(jìn)行，造成了安裝和拆卸的不方便，當(dāng)中間的某個(gè)定子繞組盤出現(xiàn)故障時(shí)，需要將其外側(cè)一端或兩端的定轉(zhuǎn)子盤全部取下后才能對(duì)其進(jìn)行拆卸維修或更換，這樣就對(duì)故障的定子繞組盤的維修造成了很大的困難，工作量較大。針對(duì)這一問(wèn)題，一種方法可以采用電機(jī)軸分段的方式，但是電機(jī)軸分段不能保證電機(jī)的聯(lián)軸精度，特別是要做定轉(zhuǎn)子盤較多的盤式電機(jī)時(shí)，這種缺點(diǎn)更為明顯，但是倘若軸不分段，多盤電機(jī)存在定、轉(zhuǎn)子盤的安裝、拆卸、維修不方便的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中多盤式電機(jī)安裝、維修、拆卸困難的缺點(diǎn)，提出一種模塊化的盤式電機(jī)定子結(jié)構(gòu)。本發(fā)明克服了現(xiàn)有多盤式電機(jī)定子盤與轉(zhuǎn)子盤在安裝和拆卸時(shí)都需要按一定順序進(jìn)行，從而造成的在安裝、拆卸、維修時(shí)較為困難的不足。本發(fā)明總的思路是，將傳統(tǒng)的盤式電機(jī)的定子繞組盤模塊化，多個(gè)扇形繞組模塊相鄰對(duì)接組成一個(gè)整的定子繞組盤。安裝時(shí)，可以先將所有的轉(zhuǎn)子磁鋼盤全部安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，再將扇形繞組模塊分塊對(duì)接安裝到兩個(gè)相鄰轉(zhuǎn)子磁鋼盤之間的電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，使得整臺(tái)電機(jī)的安裝和拆卸變得更為靈活。當(dāng)某一塊定子繞組盤或某個(gè)定子繞組模塊出現(xiàn)故障時(shí)，可單獨(dú)將這一塊拆下來(lái)進(jìn)行維修，或者更換一塊新的定子繞組盤或定子繞組模塊，保證電機(jī)在最短的時(shí)間內(nèi)重新工作。有效解決了現(xiàn)有盤式電機(jī)，特別是大功率的多盤式電機(jī)的安裝、拆卸、維修難的問(wèn)題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明一種模塊化的無(wú)鐵心永磁盤式電機(jī)定子，將兩個(gè)以上扇形定子繞組模塊對(duì)接安裝成一個(gè)無(wú)鐵心定子繞組盤。每個(gè)扇形定子繞組模塊包括扇形定子繞組及其對(duì)應(yīng)的部分電機(jī)外殼。所述扇形定子繞組由一個(gè)或多個(gè)線圈組成，每個(gè)線圈由導(dǎo)線按一定方式纏繞而成。所述的線圈可單層排列，也可雙層交叉排列，傳統(tǒng)的整盤繞組的線圈排列方式在這里皆適用。扇形定子繞組對(duì)應(yīng)的部分電機(jī)外殼位于扇形定子繞組外側(cè)，與扇形定子繞組同處于垂直于電機(jī)轉(zhuǎn)軸的同一平面上。兩個(gè)以上扇形定子繞組模塊組合成一個(gè)定子繞組盤，組成一個(gè)定子繞組盤的多個(gè)扇形定子繞組模塊具有相同的圓心角，且扇形定子繞組模塊的個(gè)數(shù)及所占的圓心角度應(yīng)均分整個(gè)圓周。每一個(gè)扇形定子繞組的兩端引出導(dǎo)線，用以和相鄰的扇形定子繞組連接。定子繞組盤由兩個(gè)以上的扇形定子繞組模塊組成時(shí)，可以將相鄰的扇形定子繞組模塊的繞組端部導(dǎo)線分別通過(guò)扇形定子繞組模塊對(duì)應(yīng)的機(jī)殼引出到機(jī)殼外進(jìn)行連接。特別地，也可以在扇形定子繞組模塊的機(jī)殼內(nèi)部進(jìn)行連接，將繞組端部導(dǎo)線引到該扇形定子繞組模塊對(duì)應(yīng)的機(jī)殼內(nèi)部并固定，相鄰的扇形定子繞組模塊通過(guò)銅柱連接，將繞組端部導(dǎo)線連通，同時(shí)固定相鄰的兩個(gè)扇形定子繞組模塊，也可以同時(shí)附加其他措施來(lái)對(duì)定子繞組模塊進(jìn)行固連。所有相鄰的定子繞組模塊連接形成一個(gè)定子繞組盤。進(jìn)一步地，相鄰的扇形定子繞組模塊通過(guò)扇形定子繞組對(duì)應(yīng)的部分電機(jī)外殼連接在一起，在連接面對(duì)應(yīng)的兩側(cè)機(jī)殼部分開(kāi)連接孔，扇形定子繞組端部導(dǎo)線穿過(guò)此連接孔固定在連接孔的底部或內(nèi)部。銅柱的兩端分別插入到需要連接的兩個(gè)相鄰的扇形定子繞組模塊的連接孔內(nèi)，與繞組端部導(dǎo)線連接，并將相鄰的兩個(gè)扇形定子繞組模塊連接起來(lái)。兩個(gè)以上的扇形定子繞組模塊連接形成一個(gè)定子繞組盤。進(jìn)一步地，多盤式的永磁盤式電機(jī)在裝配時(shí)，先把電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鋼盤全部或部分安裝在盤式電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的相應(yīng)位置，待轉(zhuǎn)子磁鋼盤固定好之后，然后將兩個(gè)以上的扇形定子繞組模塊對(duì)接插入每?jī)蓚€(gè)相鄰的轉(zhuǎn)子磁鋼盤構(gòu)成的氣隙中，安裝成完整的定子繞組盤。最后將沿電機(jī)軸向?qū)⑾噜彽亩ㄗ永@組盤連接在一起，裝配成整臺(tái)電機(jī)。在盤式電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)有的技術(shù)是以定子繞組整盤結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的，本發(fā)明一種模塊化盤式電機(jī)的定子在很大程度上降低了裝配的難度，尤其適用于多盤式結(jié)構(gòu)電機(jī)。這種模塊化的盤式電機(jī)定子繞組結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)盤式電機(jī)必須定轉(zhuǎn)子盤按順序交替安裝從而造成盤式電機(jī)安裝、拆卸、維修困難的不足。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子磁鋼盤可以是適用于盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子的任意一種形式。本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明一種模塊化的無(wú)鐵心永磁盤式電機(jī)的定子，將盤式電機(jī)的定子繞組盤模塊化，解決了盤式電機(jī)，特別是多盤結(jié)構(gòu)的盤式電機(jī)的定子繞組盤安裝、拆卸、維修難的問(wèn)題，當(dāng)中間某一個(gè)定子繞組模塊出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，也可以及時(shí)拆裝維修或更換，不影響整臺(tái)電機(jī)的使用，使得整臺(tái)盤式電機(jī)的結(jié)構(gòu)更為靈活。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1現(xiàn)有技術(shù)的盤式電機(jī)定子繞組盤的示意圖；圖2本發(fā)明實(shí)施例的定子繞組模塊的示意圖；圖3本發(fā)明實(shí)施例的定子繞組盤的示意圖；圖4組成定子繞組的單個(gè)線圈的示意圖；圖5組成定子繞組的線圈連接示意圖；圖6定子結(jié)構(gòu)分解圖；圖7相鄰扇形定子繞組模塊連接孔以及連接銅柱示意圖；圖8扇形定子繞組模塊銅柱與線圈端部導(dǎo)線連接的剖面示意圖；圖9轉(zhuǎn)子磁鋼盤示意圖；圖10本發(fā)明無(wú)鐵心永磁盤式電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)分解圖；圖1la無(wú)鐵心永磁盤式電機(jī)的總體裝配圖的側(cè)視圖；圖1lb無(wú)鐵心永磁盤式電機(jī)的總體裝配圖的等軸測(cè)視圖。圖中1線圈,2扇形定子繞組,3扇形定子繞組對(duì)應(yīng)的部分電機(jī)外殼,4扇形定子繞組模塊，5定子繞組盤，6導(dǎo)線，7繞組端部導(dǎo)線，8銅柱，9連接孔，10永磁體，11轉(zhuǎn)子磁鋼盤，12端蓋，13轉(zhuǎn)軸。
具體實(shí)施例方式如圖2所示，本發(fā)明模塊化的無(wú)鐵心永磁盤式電機(jī)定子將兩個(gè)以上扇形定子繞組模塊4對(duì)接安裝成一個(gè)定子繞組盤5。每個(gè)扇形定子繞組模塊3包括扇形定子繞組2及其對(duì)應(yīng)的部分電機(jī)外殼3。其特征在于，所述扇形定子繞組由一個(gè)或多個(gè)線圈I組成，每個(gè)線圈由導(dǎo)線6按一定方式纏繞而成，所述的線圈I間可單層排列，也可雙層交叉排列，傳統(tǒng)的整盤繞組的線圈排列方式在這里皆適用。扇形定子繞組2對(duì)應(yīng)的部分電機(jī)外殼3位于扇形定子繞組2外側(cè)，與扇形定子繞組2同處于垂直于電機(jī)轉(zhuǎn)軸13的同一平面上，且所有的扇形定子繞組具有相同的圓心角。一個(gè)扇形定子繞組2連同其對(duì)應(yīng)的電機(jī)外殼3固連在一起構(gòu)成一個(gè)扇形定子繞組模塊4。
如圖3所示，兩個(gè)以上扇形定子繞組模塊4組合成一個(gè)定子繞組盤5，且組成一個(gè)定子繞組盤5的扇形定子繞組模塊4的數(shù)量及其所占的圓心角度應(yīng)均分整個(gè)圓周。本實(shí)施例為兩個(gè)半圓形的定子繞組模塊。兩個(gè)圖2所示的扇形定子繞組模塊4對(duì)接安裝成一個(gè)圖3所示的定子繞組盤5，在實(shí)際制造中可以是兩個(gè)以上的扇形定子繞組模塊4對(duì)接安裝成一個(gè)定子繞組盤5。一個(gè)定子繞組盤5由多個(gè)扇形定子繞組模塊4組成時(shí)，可以將相鄰的扇形定子繞組的端部導(dǎo)線7分別通過(guò)扇形定子繞組模塊對(duì)應(yīng)的部分電機(jī)外殼3引出到機(jī)殼外進(jìn)行連接。特別地，也可以在扇形定子繞組模塊的機(jī)殼內(nèi)部進(jìn)行連接，將所述的繞組端部導(dǎo)線7引到該模塊對(duì)應(yīng)的機(jī)殼內(nèi)部并固定，相鄰的扇形定子繞組模塊4通過(guò)銅柱8連接，并通過(guò)銅柱8將繞組端部導(dǎo)線7連通，同時(shí)固定相鄰的兩個(gè)扇形定子繞組模塊，也可以同時(shí)附加其他措施來(lái)對(duì)定子繞組模塊進(jìn)行固連。所有相鄰的扇形定子繞組模塊4連接形成圖3所示的一個(gè)定子繞組盤5。進(jìn)一步地，如圖7所示，相鄰的扇形定子繞組模塊4通過(guò)扇形定子繞組2對(duì)應(yīng)的部分電機(jī)外殼3連接在一起，在連接面對(duì)應(yīng)的兩側(cè)機(jī)殼部分3的端部開(kāi)有連接孔9，扇形定子繞組端部導(dǎo)線7穿過(guò)此連接孔9固定在連接孔9的底部或內(nèi)部。銅柱8的兩端分別插入到需要連接的兩個(gè)相鄰的扇形定子繞組模塊4的連接孔9內(nèi)，與繞組端部導(dǎo)線7連接。圖8所示為所述的銅柱8與其中一端的扇形定子繞組模塊4的繞組端部導(dǎo)線7連接的示意圖，如圖7所示將相鄰的兩個(gè)扇形定子繞組模塊4連接起來(lái)。兩個(gè)以上的扇形定子繞組模塊4連接形成如圖3所示的一個(gè)定子繞組盤5。圖6所示為本實(shí)施例所述的兩個(gè)扇形定子繞組模塊4連接形成的定子繞組盤5的分解圖。在兩個(gè)以上扇形定子繞組模塊4組成的定子繞組盤5中，銅柱8用于將相鄰的兩塊扇形定子繞組模塊4連接起來(lái)，并將固定于連接孔9底部或內(nèi)部的繞組端部導(dǎo)線7連通。進(jìn)一步地，本實(shí)施例通過(guò)圖10描述了一臺(tái)由4個(gè)定子繞組盤和5個(gè)轉(zhuǎn)子磁鋼盤組成的多盤式電機(jī)的裝配結(jié)構(gòu)。多盤式的永磁盤式電機(jī)在裝配時(shí)，先把電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鋼盤11全部或部分安裝在盤式電機(jī)轉(zhuǎn)軸13上的相應(yīng)位置，待轉(zhuǎn)子磁鋼盤11固定好之后，然后將兩個(gè)以上的扇形定子繞組模塊4對(duì)接插入每?jī)蓚€(gè)相鄰的轉(zhuǎn)子磁鋼盤11構(gòu)成的氣隙中，安裝成完整的定子繞組盤5。最后沿電機(jī)軸向?qū)⑾噜彽亩ㄗ永@組盤5連接在一起，裝配成整臺(tái)電機(jī)，如圖1la和圖1lb所示。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子磁鋼盤11可以是適用于盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子的任意一種形式。本實(shí)施例中的轉(zhuǎn)子磁鋼盤結(jié)構(gòu)如圖9所示。將盤式電機(jī)的定子繞組盤模塊化，分別進(jìn)行制造，然后對(duì)接安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，這種模塊化的盤式電機(jī)定子結(jié)構(gòu)便于安裝、維修、拆卸，特別適用于多盤式結(jié)構(gòu)的盤式電機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)鐵心永磁盤式電機(jī)定子，其特征在于，所述的電機(jī)定子的無(wú)鐵心定子繞組盤(5)由兩個(gè)以上扇形定子繞組模塊(4)對(duì)接安裝而成；每個(gè)扇形定子繞組模塊(4)包含扇形定子繞組(2)及其對(duì)應(yīng)的部分電機(jī)外殼(3);所述扇形定子繞組(2)由一個(gè)或多個(gè)線圈(I)組成，扇形定子繞組(2)對(duì)應(yīng)的部分電機(jī)外殼(3)位于扇形定子繞組(2)外側(cè)，與扇形定子繞組同處于垂直于電機(jī)轉(zhuǎn)軸(13)的同一平面上；兩個(gè)以上的扇形定子繞組模塊(4)組合成一個(gè)定子繞組盤(5);每一個(gè)扇形定子繞組(2)的兩端引出定子繞組端部導(dǎo)線(7)，用以和相鄰的扇形定子繞組連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的無(wú)鐵心永磁盤式電機(jī)定子，其特征在于，組成所述的定子繞組盤(5)的多個(gè)扇形定子繞組模塊(4)具有相同的圓心角，且扇形定子繞組模塊(4)的數(shù)量及所占的圓心角度均分整個(gè)圓周。
3.按照權(quán)利要求1所述的無(wú)鐵心永磁盤式電機(jī)定子，其特征在于，相鄰的所述的扇形定子繞組模塊(4)通過(guò)銅柱(8)連接，并通過(guò)銅柱(8)將定子繞組端部導(dǎo)線(7)連通，并固定相鄰的兩個(gè)扇形定子繞組模塊。
4.按照權(quán)利要求1所述的無(wú)鐵心永磁盤式電機(jī)定子，其特征在于，相鄰的所述的扇形定子繞組模塊(4)在扇形定子繞組(2)對(duì)應(yīng)的部分電機(jī)外殼(3)的端部開(kāi)有連接孔(9)，扇形定子繞組端部導(dǎo)線(7)穿過(guò)此連接孔(9)固定在連接孔的底部或內(nèi)部；銅柱(8)的兩端分別插入到兩個(gè)相鄰的扇形定子繞組模塊(4)的連接孔(9)內(nèi)，與定子繞組端部導(dǎo)線(7)連接。
5.權(quán)利要求1所述的無(wú)鐵心永磁盤式電機(jī)定子的裝配方法，其特征在于，裝配時(shí)，先把所述的無(wú)鐵心永磁盤式電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鋼盤(11)安裝在盤式電機(jī)轉(zhuǎn)軸(13)上的相應(yīng)位置，固定轉(zhuǎn)子磁鋼盤(11)，然后將兩個(gè)以上的扇形定子繞組模塊(4)對(duì)接插入每?jī)蓚€(gè)相鄰的轉(zhuǎn)子磁鋼盤(11)構(gòu)成的氣隙中，裝配成完整的定子繞組盤(5);最后沿電機(jī)軸向?qū)⑾噜彽纳刃味ㄗ永@組模塊(4)連接在一起。
全文摘要
一種無(wú)鐵心永磁盤式電機(jī)定子，其定子繞組盤(5)由多個(gè)扇形定子繞組模塊(4)對(duì)接安裝而成。每個(gè)扇形定子繞組模塊(4)包含扇形定子繞組(2)及其對(duì)應(yīng)的部分電機(jī)外殼(3)。所述的部分電機(jī)外殼(3)與扇形定子繞組(2)處于垂直于電機(jī)轉(zhuǎn)軸(13)的同一平面上。兩個(gè)以上的扇形定子繞組模塊(4)組合成一個(gè)定子繞組盤(5)；銅柱(8)的兩端分別插入到兩個(gè)相鄰的扇形定子繞組模塊(4)的連接孔(9)內(nèi)，與定子繞組端部導(dǎo)線(7)連接。裝配時(shí)，兩個(gè)以上的扇形定子繞組模塊(4)對(duì)接插入每?jī)蓚€(gè)相鄰的轉(zhuǎn)子磁鋼盤(11)構(gòu)成的氣隙中，裝配成完整的定子繞組盤(5)。
文檔編號(hào)H02K1/12GK103036325SQ201210507838
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月2日
發(fā)明者王又瓏, 陳晨, 溫旭輝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所